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张生:这张膜将改动燃料电池
发布时间:2020-03-26 14:14:15 

文质彬彬、不爱言辞,典型的学者风,初识天津大学化工学院优秀青年教授张生,他给人这样的形象。

可是,当聊起他深耕了十几年的电化学研讨,张生瞬间变了一个人,侃侃而谈。一向和各种电池打交道,并取得多项国际级研讨成果。张生坦言:“运用电化学原理开发清洁能源技能是我的抱负。”

近来,张生与英国曼彻斯特大学诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆爵士等人协作,证明了石墨烯、氮化硼等二维资料具有质子传导性,并进一步发现,把天然界中广泛存在的云母用于燃料电池的高温质子交流膜,比现在商用膜功能更优、更节能环保。这两项研讨成果别离宣布在国际尖端学术期刊《天然·纳米》与《天然·通讯》上。

自小与“电”结下不解之缘

“我从本科到博士一向读的都是电化学专业,回想起来,我从小就对电特别猎奇。”回忆起和电化学结缘,张生娓娓道来。中学时,张生最喜欢的化学试验便是拆开收音机用过的旧电池,把二氧化锰和锌做的电极刺进碱性溶液中,就会发生电,让小灯泡亮起来。“现在想来,干电池便是最简略的电化学原理的运用,行将化学能转化为电能,专业术语叫作‘原电池’。”

2005年读研讨生时,张生第一次触摸到了燃料电池,自此一干便是十几年。“燃料电池是一种很棒的清洁能源技能,不受热力学循环约束,能量转化功率极高,并且燃料电池发电进程的产品只要水,没有碳排放,非常环保。”张生慨叹地说,“但其时我国燃料电池研讨才刚起步,研制出来的燃料电池本钱高,很难完成商业化。”

张生读博士的时分,首要的研讨方向便是下降燃料电池本钱。他和地点的团队经过碳改性,添加廉价金属用量,达到了和用贵重的铂金催化剂做电极相同的效果,电极本钱极大下降。

在燃料电池中,质子传导功能关于燃料电池能量转化功率非常要害。“其时只要全氟磺酸膜,技能垄断价格高并且不耐高温。燃料电池需求的质子传导膜既要非常薄,还要像一张‘网’相同,孔洞巨细只能让质子快速经过且能阻挠反应物氢气的浸透。但其时因为我的常识局限性,还不足以霸占这个难题。”张生解释道。

带着这个惋惜,张生去了美国进行博士后研讨,主攻方向是温室二氧化碳的电化学转化运用。在国外学习作业期间,他触摸到了更多的资料学、化学、物理等方面的常识,这些新常识拓宽了他的视界,但寻觅功能更优秀的质子传导膜这个难题一直让他记忆犹新。

破解进步燃料电池功能难题

张生的执着让他的人生轨道再次与燃料电池发生交集,优异的研讨成果使张生取得欧盟杰出人才计划赞助,到英国曼彻斯特大学作业,专注进行质子交流膜的难题研讨。

“寻觅能够做‘网’的二维资料这件事,说起来简单,但研讨进程也是好事多磨。”张生说,依据各种文献和之前的研讨,他们找到了石墨烯这种二维资料,本认为找到了一张适宜的“网”,但事实证明,这条路才刚刚开始。石墨烯资料是由碳的六元环结构组成的,非常不安稳,需求以铜片为基底才干安稳成石墨烯膜。可是铜不能让质子经过,因而还需求把安稳的石墨烯从铜片上搬运下来。

“整整半年时刻,咱们试验了热压、冷压等二十多种方法,但因为界面效果没那么强,搬运进程中石墨烯膜都破损严峻。”回忆起其时的景象,张生至今难忘,“我其时的心境,和曼彻斯特的冬季相同,见不到阳光。”经过总结失利的计划,张生调整思路,终究找到一种胶添加了界面强度,完成了石墨烯膜的完美搬运。

可是石墨烯膜并没有处理耐高温的问题,回国后,张生又找到和石墨烯结构附近一些资料,但都存在各种问题。直到云母资料的呈现,让张生如获至珍。“云母在地壳中储量极其丰富且价格低廉,运用云母制备的云母质子膜能够满意各种条件,并且运用温度能够从100℃延伸到500℃。”张生介绍说,云母膜质子传导率超过了现在商业化要求的两倍,运用于燃料电池后,未来电动汽车的行进路程将会有很大进步。

“咱们开展燃料电池这一清洁能源技能的初衷之一是削减碳排放,而更好地削减碳排放的方法是把二氧化碳变废为宝。”依托天津大学化学学院绿色组成与转化教育部要点试验室,张生经过反向运用燃料电池的能量转化原理,经过电能翻开二氧化碳的碳氧分子键,参加氢将二氧化碳有选择性地转化为甲酸、乙烯和乙醇等有用的物质。

“尽管这项研讨难度很大,可是做科研需求知难而进的精力,我信任经过尽力,咱们的团队必定能开宣布经过电化学途径转化二氧化碳这样一种清洁能源技能。”面临未来,张生充满信心。

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